論10kV配電運行當中出現故障的原因與防治對策

摘 要：電能作為人們生活與企業生產中所需的極為重要能源，配電網擔負著從發電廠向電能用戶輸送電能的責任。因此，配電網的安全、可靠運行與電能用戶有直接關聯。本文首先對10kV配電網其小電阻的接地系統所發生單相短路的故障進行了相關的總結。本文是由對其短路的特性進行相關分析基礎之上，再與實際的工作經驗相結合，提出了相應的保護措施。

關鍵詞：10kV配電網；小電阻接地系統；短路故障

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0057-02

1 引 言

隨著城市化進程的不斷深化，農村和城市的配電網改造也正在如火如荼的進行著，在擴大電網容量，智能控制技術研究、電網結構優化發展等方面達到比較良好的水平。但是，在配電網實際運行中，因為有著各類因素的作用，容易出現各種問題，其中的短路故障狀況是一種非常常見的問題。在大量的實踐中可以得到證明，中性點接地的辦法，可以使配電網其穩定性與經濟性得到明顯提升。所以，我們以中性點接地當做出發點，就對10kV配電網的安全運行的保護工作實行詳細的思考研究。

2 短路故障與其保護的概述

短路作為配電網的運行當中的時常出現的一個問題。它通常發生在相位和相位之間。在一些中性點及其直接接地電力系統當中，單相接地短路的概率較大。無論是哪一種方式，當在短路故障這個狀況發生的時候，在故障的線路上其瞬時的電流電路可達到幾千安甚至更多，這個數值遠遠大于電力系統當中的額定工作時期的電流，這將給電路連接的電氣設備帶來嚴重的破壞，嚴重的時候會對設備的操作人員以及周邊工作人員帶來人身安全威脅。因此，10kV配電網所用的電氣設備要求具有較高的絕緣性和熱穩定性，或外部保護裝置，使得電氣設備可在瞬間強電流沖擊之下正常運行。導致配電網的短路故障方面的原因有許多種，這當中最為關鍵的是該電氣裝置絕緣性能沒有達到標準的要求。如在其安裝之前缺少絕緣性能方面的測試，又或者是在運行過程當中出現部分絕緣老化與損壞現象等。但是在10kV配電網的小電阻接地系統當中，只要發生短路故障，不只故障所產生的電流較大，還極易使得設備發生損壞問題，增大檢修的難度，也會對通信造成干擾。因此，對于10kV配電網的小電阻及其接地系統的單相短路問題需加強相關的分析，制定相應的保護措施，是確保整個配電網體系可靠安全運行的重中之重。

3 10kV配電網的小電阻接地系統及其單向短路方面的特性分析

長期以來，在中國10kV的配電網及其中性點具有三種接地方法，就是指小電阻的接地方法，與中性點的接地方法，以及消弧線圈的接地方法。這三類接地的方法都有著各自的優點，不過經過最近幾年的電網改造以及電纜的覆蓋面積增大，中性點以及消弧線圈的接地方法漸漸的暴露出線路調整能力不強、選線困難等缺陷。正因如此，小電阻的接地方式在我國國內的配電網之中運用較多。

3.1 小電阻的接地系統及其單相短路穩態的特性分析

在小電阻的接地系統有短路故障發生的時候，三相系統的總電壓是保持不變，所以在10kV的配電網當中電氣裝置的運行并沒有遭受到突出的干擾。同時，系統中的無故障電壓將上升約1.5倍，當電阻比較恒定這種情況之下，在電路當中的電流就會對應增大，電氣裝置其電流的負荷就會增大，絕緣設備將會面臨著更加嚴重的壓力。伴隨短路電流增大，在故障區域的兩端將會有比較高跨步的電壓形成。假如該故障的區域在開放環境當中暴露，就很有可能會對周圍的行人帶來安全上的威脅。

短路穩態的特性為：①全部流進零序電流故障源，該電流總和與中性點的零序電流總和是一致的；②對非故障相元件，能夠近似的將零序電流來作為對地電容的電流，不過和他對應電壓的方向是相反的；③零序網絡是由中性點的支路與同級的電壓網絡之中元件對于地等值的電容而形成的通路，與中性點的不接地體系其零序網絡而形成通路不同點是，其短路接地的零序電流較大，但是網絡零序阻抗較小。

3.2 小電阻的接地系統及其單相短路暫態特性的分析

從理論上講，出于計算和理解的需要，把短路的整個過程當做是穩態的；但于實際情況之中，短路故障是具有一個過渡的過程，然后才能進入一個相對穩定狀態，這種過渡過程稱為暫態過程。于這一階段當中，因為電力系統是單相接地，所以故障區域中接地的電壓將會有所降低，對應沒有故障的接地電壓將會獲得一定的改善，在暫態的過程當中電容電流為兩個過程的總和。

短路的暫態特性如下：①由于故障區電壓降的影響，對應故障的相電流將會同步的衰減。因為從總線到故障點的電流，其電流較弱，故障的過渡電阻與振蕩的頻率以及線路參數波動的程度不能一樣；②由非故障的相電壓其升壓的效應，非故障相其電容電流顯示在狀態是瞬時的增大，因為在故障點的短路電流，不可以有閉合的回路形成，使得該故障點的電感兩側的積累大，但是出現低頻振蕩。

4 10kV配電網的小電阻及其接地系統的保護方案

4.1 檢測并且獲得零序的電流

零序電流與零序電阻作為小電阻的接地系統其保護方案的設計當中的極為重要的兩個參數。零序電壓比較易于檢測和獲得。一般來說，于線路低壓側的測量開口三角回路由電壓互感器測得。但對零序電流來說，有兩類不一樣的采集以及檢測的方式：一種類似于零序電流和零序電壓互感器的測量方式；另一種是需要借助三相線路電流濾波器對零序電流進行簡單計算以獲取數據。該零序電流的保護體系主要是分成三個部分，就是指的零序電流的濾波器與零序方向的繼電器以及電流的繼電器。在有單相短路的故障發生的時候，零序電流的濾波器能夠用到檢測線路當中其零序電流特定值，然后運用電流的濾波器使得電流值得到降低，使得電流值維持于電力系統的正常運行狀態。

4.2 零序電流的保護配置和整定方法

通過以上分析，當小電阻接地系統單相短路故障時，零序電流甚至高于額定電流，為了避免正常的電氣設備被零序電流損害，對零序電流進行必要的整定和保護。

①零序電流的保護配置。中性點電阻零序電流保護可作為小電阻和中性點的10kV母線的主保護，也可作為相鄰線路的后備保護。架空線路系統還應配備自動重合閘裝置（三相重合閘），使暫態故障的重合閘成功，保證供電的可靠性。由于電纜線路自身永久性故障和不恢復絕緣特性占有很大比例的特點，不能安裝自動重合閘裝置。②考慮10kV各條出線的零序過流保護與過流繼電器的動作時限相配合，故障發生之后，為了保護以短暫的第一時限跳開10kV分段斷路器，與此同時鎖定自投裝置；根據實際需要對第二時限開主變壓器的低壓側斷路器進行設置；對第三時限主變壓器進行設置，高、低壓側所有斷路器全部跳開。接地變壓器保護接線簡單，而且能有效、準確地隔離故障。

4.3 零序電流保護性能穩定性分析

①當電流回路發生故障時，可能引起繞組零序電流保護誤動，這是零序電流保護靈敏度的弱點。但斷線的情況比較少發生，可以通過相鄰電流互感器零序電流閉鎖防誤操作，首先可以保證在短路條件之下，電力系統能有一部分的系統電源；其次還使得短路對于電力系統之中電氣裝置所帶來的影響得到有效的降低。②于系統出現單相重合閘的時候，這類過程有可能發生非全相的運行狀況，所以系統有可能發生比較大零序的電流值，會對零序的電流保護這個正常工作帶來一定的影響，于一定程度之上使得零序電流的繼電器負荷得到增大。對于以上的各種問題，在短時間的運行當中，在零序電流的保護過程當中需注意該整定的計算以及單相重合閘的操作。

5 結束語

10kV配電網小電阻接地系統發生短路故障后，會在短路故障阻擋區形成一個高達1000V的跨步電壓，對接地點周圍的人們的健康安全構成嚴重威脅。此外，由于短路，瞬時電流增加。對不遵循絕緣裝置或絕緣層老化的電氣設備有嚴重的影響，會損壞電氣設備的正常運行。因此，有必要對其進行綜合分析。本文分析了小電阻接地短路故障的原因，并以此為出發點。確保電力用戶安全運行的可行性保護措施提高電能質量和穩定性。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-10